Naslov (srp)

Uklanjanje fenola i tekstilnih boja iz otpadnih voda imobililzovanim peroksidazama iz rena (Armoracia rusticana) i gljive bele truleži (Phanerochaete chrysosporium) : doktorska disertacija

Autor

Surudžić, Nevena M., 1992-

Doprinosi

Knežević-Jugović, Zorica, 1969-
Prodanović, Radivoje, 1972-
Prodanović, Olivera, 1973-
Spasojević, Milica, 1984-
Polović, Natalija, 1979-
Gavrović-Jankulović, Marija, 1969-
Božić, Nataša, 1975-

Opis (srp)

Sve veći globalni problem predstavlja zagađenje vodenih sistema razičitim otpadnimmaterijama, pre svega fenolnim jedinjenjima i organskim bojama ispuštenim iz mnogobrojnihindustrijskih postrojenja. S obzirom da su fenoli označeni kao najčešći zagađivači voda širomsveta, pronalazak metoda za njihovo uklanjanje predstavlja jedan od najvećih izazovasavremene naučne zajednice. Različiti biokatalizatori su pronašli primenu u ove svrhe, a međunjima je posebno mesto zauzela peroksidaza iz rena (HRP). Kao najveće ograničenje ove metodenavodi se inaktivacija enzima, koja se može prevazići njegovom imobilizacijom na različitimnosačima.U ovom radu su razvijene metode za uklanjanje fenola i degradaciju tekstilnih bojaimobilizovanom peroksidazom iz rena i ćelijskim zidovima sa lignin-peroksidazom (LiP). Kaonosači za imobilizaciju su korišćeni oksidovani alginati modifikovani tiraminom, makroporoznikopolimeri različite veličine pora, kao i neorganski glineni nosač – sepiolit.Tiramin-alginatne mikro-kuglice su iskorišćene za enkapsulaciju peroksidaze iz renaprimenom kuplovane emulziono-polimerizacione reakcije. Ispitan je uticaj stepenamodifikacije alginata tiraminom na specifičnu aktivnost enzima. Ustanovljeno je da sapovećanjem koncentracije perjodata korišćenog za oksidaciju alginata od 2,5 do 20 mol% premodifikacije tiraminom dolazi do postepenog povećanja specifične aktivnosti.Imobilizovana HRP je potom upotrebljena za uklanjanje fenola u šaržnom reaktoru.Optimizovani su reakcioni uslovi sa ciljem postizanja visokog stepena efikasnosti i poboljšanekontinualne primene. Za interno generisanje vodonik-peroksida (H2O2) tokom oksidacijefenola primenjen je sistem sastavljen od glukoze i glukoza-oksidaze. Znatno veći stepenuklanjanja fenola (96%) iz reakcionog sistema za 6 h je postignut primenom interne dostaveH 2O2, dok se njegovim direktnim dodavanjem značajno smanjuje efikasnost uklanjanja fenolana 42%. Primenom glukoza-oksidaze u koncentraciji od 0,187 U/mL i 4 mmol/L glukozepostiže se najveća efikasnost, kao i korišćenjem 20 mol% oksidovanog i modifikovanog tiramin-alginata za enkapsulaciju HRP.Degradacija tekstilnih boja ostvarena je i primenom ćelijskih zidova sa lignin-peroksidazom (LiP) zarobljenih u kalcijum-alginatnom hidrogelu. LiP je imobilizovana natiramin-alginatne mikro-kuglice. Inkubacijom enkapsuliranih ćelijskih zidova u rastvorimaboja Evans Blue i Amido Black 10B tokom 48 h i merenjem njihove aktivnosti u određenimvremenskim intervalima uočeno je postepeno povećanje procenta degradacije sa periodominkubacije. Nakon maksimalne inkubacije 86% boje Evans Blue se dekolorizuje, dok tajprocenat za Amido Black 10B iznosi 84%. Ponovnom upotrebom ćelijskih zidova sa LiPostvarena je efikasna degradacija navedenih boja tokom 12 uzastopnih ciklusa.Makroporozni kopolimeri sastavljeni od glicidil metakrilata i etilen glikol dimetakrilataveličine čestica od približno 2 μm i različite veličine pora (150–310 nm) su sintetisanidisperzionom polimerizacijom i modifikovani etilendiaminom. Dve različite metode,perjodatna i glutaraldehidna, su korišćene za imobilizaciju peroksidaze iz rena na ovimpolimerima.Aktivnost imobilizovanog enzima je u direktnoj vezi sa veličinom pora na nosačukorišćenom za imobilizaciju. Imobilizacijom HRP perjodatnom metodom na poli(GMA-co-EGDMA) veličine pora od 234 nm dobijena je specifična aktivnost od 9,65 U/g nosača, dok jeHRP na kopolimeru sa porama od 297 nm imala specifičnu aktivnost 8,94 U/g nosača. Takođeje došlo i do povećanja stabilnosti imobilizovane peroksidaze na 65 °C u vodenom rastvoru kaoi u organskom rastvaraču.Dobru stabilnost na različitim pH vrednostima, kao i povećanu K m vrednost tokomoksidacije pirogalola, pokazala je peroksidaza imobilizovana na makroporoznom kopolimerusa veličinom pora od 234 nm, koja je imala i najveću specifičnu aktivnost. Nakon 5 ciklusaponovne upotrebe za oksidaciju pirogalola zadržano je 80% inicijalne aktivnosti. Imobilizovanienzim skladišten 14 dana u odgovarajućem puferu zadržao je 98% aktivnosti. Značajnaefikasnost uklanjanja fenola pri optimizovanim uslovima za dostavu vodonik-peroksida ureakcioni sistem je postignuta primenom HRP imobilizovane na kopolimeru sa porama veličine234 nm.Sepiolit je primenjen za adsorpciju nativne HRP i HRP oksidovane natrijum-perjodatom.Dodate su različite količine oba enzima po gramu sepiolitnog nosača. Sa povećanjem količineperoksidaze povećava se specifična aktivnost imobilizovanog enzima. Najveća aktivnost jepostignuta pri imobilizaciji 15 mg perjodatno-oksidovane peroksidaze po gramu sepiolita.Testirane su temperaturna i operativna stabilnost imobilizovanih peroksidaza, kao i stabilnostina različitim pH vrednostima. Oksidovana peroksidaza je zadržala 42% inicijalne aktivnostinakon 4 uzastopna ciklusa oksidacije pirogalola.

Opis (srp)

Hemija - Biohemija / Chemistry- Biochemistry Datum odbrane: 30.05.2024.

Opis (eng)

A growing global concern is the pollution of water courses with various waste materials,primarly phenolic compounds and organic dyes released from numerous industrial plants.Since phenols are designated as the most common water pollutants worldwide, findingmethods for their removal is nowadays one of the biggest challenges for the broad scientificcommunity. To this end, various biocatalysts have been used, among them Horseradishperoxidase (HRP) has been in prime position. The main limitation of this method is an enzymeinactivation, which can be overcome by its immobilization on different carriers.In this study, various methods for the removal of phenol and degradation of textile dyes byimmobilized Horseradish peroxidase and cell walls with lignin peroxidase (LiP) weredeveloped. Oxidized alginates modified with tyramine, macroporous copolymers with differentpore characteristics, as well as inorganic clay mineral – sepiolite, were used as carriers inimmobilization.Tyramine-alginate micro-beads were used for the encapsulation of peroxidase by coupledemulsion polymerization reaction. An effect of a degree of the alginate modification by tyramineon the specific activity of enzyme was examined. A gradual increase in the specific activity, withan increase in the concentration of periodate used for oxidation of alginate from 2.5 to 20 mol%prior to modification by tyramine, was observed.Immobilized HRP was then used for the removal of phenol in a batch reactor. Reactionconditions were optimized with an aim of achieving a high degree of efficiency and improvedreusability. A system composed of glucose and glucose oxidase was used for internal generationof hydrogen peroxide (H2O2). When internal delivery of H2O2 was employed, 96% of phenol wasremoved from the reaction system in 6 h, whereas its straightforward addition significantlyreduced the efficiency of phenol removal (42%). The highest efficiency was achieved by usingglucose oxidase at the concentration of 0.187 U/mL and 4 mmol/L of glucose, as well as byusing20 mol% periodate-oxidized and modified tyramine-alginate for HRP encapsulation.Degradation of textile dyes was performed by employing cell walls with lignin peroxidase(LiP) entrapped in a calcium-alginate hydrogel. LiP was also imobillized on tryamine-alginatemicro-beads. By incubating encapsulated cell walls in Evans Blue and Amido Black 10B dyesolutions for 48 h and measuring their activity in certain time intervals, a gradual increase inthe degree of degradation with incubation period was observed. Maximal incubation in EvansBlue dye leads to 86% decolorization, whereas that percent for Amido Black 10B is 84%Efficient degradation of previously mentioned dyes was achieved within 12 consecutive cyclesby reusing cell walls with LiP.Macroporous copolymers composed of glycidyl methacrylate and ethylene glycoldimethacrylate with a particle size of approximately 2 μm and different pore sizes (150–310 nm) were synthesized by dispersion polymerization and modified with ethylenediamine.Two methods, periodate and glutaraldehyde method, were used for the immobilization ofhorseradish peroxidase onto these polymers.The activity of immobilized enzyme is affected by the pore size of the carrier used forimmobilization. By immobilizing HRP using the periodate method onto poly (GMA-co-EGDMA)copolymers with the pore size diameter of 234 nm specific activity of 9.65 U/g of carrier wasobtained, whereas HRP immobilized onto carrier with the pore size diameter of 297 nm showedspecific activity of 8.94 U/g of carrier. Also, the stability of immobilized peroxidase at 65 °C, aswell as in an organic solvent, was increased.Peroxidase immobilized onto macroporous copolymer with a pore size diameter of 234 nmand the highest specific activity also showed a good stability at different pH values, as well asthe increased K m value during the oxidation of pyrogallol. Eighty percent of the initial activitywas retained after 5 consecutive cycles of pyrogallol oxidation. After storing the immobilizedenzyme for 14 days in appropriate buffer, 98% of its activity was preserved. A significantefficiency of phenol removal under optimized conditions for the delivery of hydrogen peroxideinto the reaction mixture was achieved by applying HRP immobilized onto copolymer with thepore diameter of 234 nm.Sepiolite was used for the adsorption of native HRP and HRP oxidized with sodiumperiodate. Different amounts of both enzymes were added per gram of sepiolite carrier.Increase in the amount of peroxidase leads to the increase in the specific activity of immobilizedenzyme. The highest activity was achieved when 15 mg of periodate-oxidized peroxidase wasimmobilized per gram of sepiolite. Temperature and operational stabilities of immobilizedperoxidases were tested. Oxidized peroxidase retained 42% of initial activity after4 consecutive cycles of pyrogallol oxidation.

Jezik

srpski

Datum

2024

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Ciklična jedinjenja. Derivati benzola

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Biohemija

Alginat, fenol, peroksidaza, degradacija boja, sepiolit, makroporozni, imobilizacija

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Ciklična jedinjenja. Derivati benzola

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Biohemija

Alginate, phenol, peroxidase, dye degradation, sepiolite, macroporous, immobilization